Наукові доповіді Національного університету біоресурсів і природокористування України

Вплив іонів заліза Fe2+ на культивування продуцентів амінокислот аспартатної родини

Ірина Дем’яненко, Ігор Левтун
Завантажити статтю
Анотація

Метою дослідження було експериментально оцінити вплив Fe²⁺ (у вигляді FeSO₄) на життєздатність і ріст мікроорганізмів-продуцентів амінокислот аспартатної родини. Дослідження виконано в умовах лабораторного культивування з порівнянням контролю і дослідних варіантів; життєздатність визначали за колонієутворюючою здатністю методом послідовних розведень і висіву з перерахунком концентрації клітин, а фізичний компонент оцінювали за ефективною магнітною сприйнятливістю χ, розрахованою з резонансних вимірювань зсуву частоти коливального контуру. Встановлено, що FeSO₄ (1 %) спричиняв різке зниження концентрації життєздатних клітин у всіх тестованих штамів: для Corynebacterium glutamicum показник зменшувався з 15×10¹⁰ до 9×10⁸ клітин/см3, для Brevibacterium flavum – з 2×10¹⁰ до 4×10⁸ клітин/см3, для Brevibacterium sp. 90 – з 3×10¹⁰ до 8×10⁸ клітин/см3, що відповідало падінню приблизно на 1,6-2,2 log. Дозозалежний аналіз для B. flavum м’ясопептонного бульйону 7,97×10-³-8,459×10-³, для «клітини + м’ясопептонний бульйон» 8,028×10-³-8,408×10-³, а відмінності між середовищем і суспензіями з клітинами не виходили за межі ±0,4×10-³. Результати можна безпосередньо використовувати у промислових біотехнологічних та науково-дослідних лабораторіях, які культивують Corynebacterium/Brevibacterium для отримання амінокислот, для корекції мікроелементного складу середовищ і оперативного моніторингу життєздатності культур за колонієутворювальною здатністю формувати колонії

Ключові слова

колонієутворювальна здатність; магнітна сприйнятливість; дозозалежний ефект; продуценти; біотехнології

ЦИТУВАТИ
Demianenko, I., & Levtun, I. (2026). Effect of Fe2+ ions on cultivation of amino acid producers of the aspartic acid family. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 22(2),167-185. https://doi.org/10.31548/dopovidi/2.2026.167
Використані джерела
  1. Aljaly, A.S., Osman, M.A., Badr, S.A., & Shehata, R.M. (2023). Comparative study and the optimum conditions on the use of certain bacterial strains for the production of some amino acids. Egyptian Journal of Chemistry, 66(6), 419-429. doi: 10.21608/EJCHEM.2023.185356.7419.
  2. González-Paz, J.R., del Carmen Monterrubio-Badillo, M., Ordaz, A., García-Peña, E.I., & Guerrero-Barajas, C. (2022). Influence of Fe2+ and Fe3+ on the performance and microbial community composition of a MFC inoculated with sulfate‐reducing sludge and acetate as electron donor. Journal of Chemistry, 2022(1), article number 5685178. doi: 10.1155/2022/5685178.
  3. Khachatryan, A.C. (2019). Influence of Fe2+ and Fe3+ on the growth of Leptospirillum ferriphilum CC and oxidation of Fe2+. Biological Journal of Armenia, 3(71), 83-88.
  4. Khachatryan, A., Vardanyan, N., Vardanyan, A., Zhang, R., & Castro, L. (2021). The effect of metal ions on the growth and ferrous IronOxidation by Leptospirillum ferriphilum CC isolated from Armenia mine sites. Metals, 11(3), article number 425. doi: 10.3390/met11030425.
  5. Kim, H.J., Lee, M.S., Jeong, S.K., & Lee, S.J. (2023). Transcriptomic analysis of the antimicrobial activity of prodigiosin against Cutibacterium acnes. Scientific Reports, 13(1), article number 17412. doi: 10.1038/s41598-023-44612-7.
  6. Kovalova, S., Golub, N., & Levtun, I. (2025). The combined effect of ferric ion complexes (Fe2+ and Fe3+) and illumination on Chlorella vulgaris metabolism. Journal of Applied Phycology, 38, 81-98. doi: 10.1007/s10811-025-03711-w.
  7. Krüger, A., Weber, U., & Frunzke, J. (2025). Genome‐wide analysis of DtxR and HrrA regulons reveals novel targets and a high level of interconnectivity between iron and heme regulatory networks in Corynebacterium glutamicum. Molecular Microbiology, 124(2), 115-130. doi: 10.1111/mmi.15376.
  8. Küberl, A., Mengus-Kaya, A., Polen, T., & Bott, M. (2020). The iron deficiency response of Corynebacterium glutamicum and a link to thiamine biosynthesis. Applied and Environmental Microbiology, 86(10), article number e00065-20. doi: 10.1128/AEM.00065-20.
  9. Li, D., He, H., Xu, Z., & Deng, H. (2024). Investigation on the effect of Cu2+, Mn2+ and Fe3+ on biotreatment of Cr (VI) by Shewanella oneidensis and Bacillus subtilis in bimetallic system. Surfaces and Interfaces, 44, article number 103742. doi: 10.1016/j.surfin.2023.103742.
  10. Lin, Y., Shu, L., Chen, H., Duan, X., & Zeng, W. (2025). Poly-γ-glutamic acid production from untreated sugarcane molasses by non-sterilized repeated-batch fermentation with Bacillus subtilis GLS-8. Chemical Engineering Journal Advances, 24, article number 100900. doi: 10.1016/j.ceja.2025.100900.
  11. Manzoor, S., Abbas, S., Zulfiqar, S., Wang, H.C., Xiao, M., Li, W.J., Arshad, M., & Ahmed, I. (2024). Functional genomics and taxonomic insights into heavy metal tolerant novel bacterium Brevibacterium metallidurans sp. nov. NCCP-602T isolated from tannery effluent in Pakistan. Antonie van Leeuwenhoek, 117(1), article number 111. doi: 10.1007/s10482-024-02006-3.
  12. Mazur, T., Malik, M., & Bieńko, D.C. (2024). The impact of chelating compounds on Cu2+, Fe2+/3+, and Zn2+ ions in Alzheimer's disease treatment. Journal of Inorganic Biochemistry, 257, article number 112601. doi: 10.1016/j.jinorgbio.2024.112601.
  13. Müller, F. (2020). Interaction between CO2/HCO3-and the iron homeostasis in Corynebacterium glutamicum. Stuttgart: Universität Stuttgart.
  14. Murdoch, C.C., & Skaar, E.P. (2022). Nutritional immunity: The battle for nutrient metals at the host-pathogen interface. Nature Reviews Microbiology, 20(11), 657-670. doi: 10.1038/s41579-022-00745-6.
  15. Niessen, N., & Soppa, J. (2020). Regulated iron siderophore production of the halophilic archaeon Haloferax Volcanii. Biomolecules, 10(7), article number 1072. doi: 10.3390/biom10071072.
  16. Pei, S., Niu, S., Xie, F., Wang, W., Zhang, S., & Zhang, G. (2021). Brevibacterium limosum sp. nov., Brevibacterium pigmenatum sp. nov., and Brevibacterium atlanticum sp. nov., three novel dye decolorizing actinobacteria isolated from ocean sediments. Journal of Microbiology, 59(10), 898-910. doi: 10.1007/s12275-021-1235-0.
  17. Putri, A.N., Ratnaningsih, R., & Rinanti, A. (2021). Acid mine drainage removal by mixed bacteria culture of Pseudomonas aeruginosa and Brevibacterium sp. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1098(5), article number 052072. doi: 10.1088/1757-899X/1098/5/052072.
  18. Raynal, J.T., da Rocha, M.S., da Silva Cavalcanti, N.A., Bastos, B.L., de Farias, A P.., da Costa Silva, M., de Moura-Costa, L., Portela, R., Trindade, S., & Nascimento, R.J. (2022). Influence of iron chelating agents on the in vitro growth curve of Corynebacterium pseudotuberculosis strains. Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde, 26(2), 270-280. doi: 10.17921/1415-6938.2022v26n2p270-280.
  19. Raza, W., Hongsheng, W., & Qirong, S. (2010). Use of response surface methodology to evaluate the effect of metal ions (Ca2+, Ni2+, Mn2+, Cu2+) on production of antifungal compounds by Paenibacillus polymyxa. Bioresource Technology, 101(6), 1904-1912. doi: 10.1016/j.biortech.2009.10.029.
  20. Sher, S., Ishaq, M.T., Bukhari, D.A., & Rehman, A. (2023). Brevibacterium sp. strain CS2: A potential candidate for arsenic bioremediation from industrial wastewater. Saudi Journal of Biological Sciences, 30(10), article number 103781. doi: 10.1016/j.sjbs.2023.103781.
  21. Sher, S., Ullah, S., Bukhari, D.A., Hussain, S.Z., & Rehman, A. (2024). Evaluation of interaction among arsenic and Brevibacterium sp. strain CS2 and its proteins profiling. Journal of Hazardous Materials Letters, 5, article number 100119. doi: 10.1016/j.hazl.2024.100119.
  22. Sigala-Aguilar, N.A., Delgadillo-Martínez, J., Fernández-Luqueño, F., & López, M.G. (2025). Multi-walled carbon nanotubes as elicitors in tomato seedlings (Solanum lycopersicum L.): impact on biocompounds and amino acids production, nutrient uptake, growth of seedlings, and biological quality of the soil. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 25(3), 8168-8186. doi: 10.1007/s42729-025-02663-x.
  23. Thoma, F., Appel, C., Russ, D., Huber, J., Werner, F., & Blombach, B. (2023). Improving growth properties of Corynebacterium glutamicum by implementing an iron‐responsive protocatechuate biosynthesis. Microbial Biotechnology, 16(5), 1041-1053. doi: 10.1111/1751-7915.14244.
  24. Walter, T., Veldmann, K.H., Götker, S., Busche, T., Rückert, C., Kashkooli, A.B., Paulus, J., Cankar, K., & Wendisch, V.F. (2020). Physiological response of Corynebacterium glutamicum to indole. Microorganisms, 8(12), article number 1945. doi: 10.3390/microorganisms8121945.
  25. Xia, D., Lv, H., Jian, K., Huang, D., Wang, Y., Wei, G., & Chen, L. (2025). Mechanisms of biogas production under synergistic catalysis between coal and various minerals. Journal of Environmental Chemical Engineering, 13(5), article number 117725. doi: 10.1016/j.jece.2025.117725.
  26. Yang, G., Wang, X., Zhou, Y., Ding, X., Huang, J., Qiao, S., Deng, A., & Yu, H. (2025). Decoupling growth phase dependency and metal ion inhibition: A dual engineering strategy for the high-yield biosynthesis of microcin J25 in Escherichia coli. Engineering Microbiology, 5(4), article number 100230. doi: 10.1016/j.engmic.2025.100230.
  27. Yu, C., Hu, W., Li, X., Lei, Y., Gao, D., Wang, M., Zheng, P., Zhu, Y., & Sun, J. (2025). Elucidating the mechanism of temporal adaptation to hydrogen peroxide‐induced oxidative stress in Corynebacterium glutamicum. Microbial Biotechnology, 18(6), article number e70170. doi: 10.1111/1751-7915.70170.
  28. Zeng, W., et al. (2023). In situ detection of Cu2+, Fe3+ and Fe2+ ions at the microbe-mineral interface during bioleaching of chalcopyrite by moderate thermophiles. Minerals Engineering, 191, article number 107936. doi: 10.1016/j.mineng.2022.107936.
  29. Zhang, R., Wang, H., Wang, L., & Zheng, Z. (2025). Enhancement of Menaquinone-7 production in Bacillus subtilis by optimizing the medium components through response surface methodology. Bioresources and Bioprocessing, 12(1), article number 93. doi: 10.1186/s40643-025-00934-0.
  30. Zhao, G., Zhang, D., Li, R., Tang, Y., Wang, J., Hu, X., & Wang, X. (2025). Regulatory mechanism of ferrous ion in enhancing the biosynthesis of L-homoserine, L-threonine, and L-isoleucine in Corynebacterium glutamicum. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 41(10), article number 407. doi: 10.1007/s11274-025-04648-5.